[发明专利]一种仿生三明治防腐涂层及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种仿生三明治防腐涂层及其制备方法与应用。所述仿生三明治防腐涂层包括覆设于基底表面的至少两个水性树脂层，其中相邻两个水性树脂层之间分布有至少一个石墨烯阻隔层，所述石墨烯阻隔层包括具有片层结构的多巴胺功能化的石墨烯材料，并且所述多巴胺功能化的石墨烯材料以平行于基底表面的方式排列。所述制备方法包括：采用电泳沉积技术及循环伏安法，在基底表面依次沉积水性树脂层、石墨烯阻隔层及水性树脂层。由于氢键和静电相互作用，本发明的石墨烯材料平行排列在两层水性树脂层之间，不仅可以有效延长腐蚀介质扩散路径，而且可以充分发挥石墨烯的阻隔作用并逼近阻隔极限；同时，本发明的制备方法简便、成本低廉、污染性小。

技术领域

本发明涉及一种防腐涂层，尤其涉及一种受天然珍珠层和贻贝启发的仿生三明治防腐涂层及其制备方法与应用，属于防腐涂层技术领域。

背景技术

随着海洋产业的快速发展及其对海洋资源的强烈需求，各种海洋设施、船舶和金属部件在海洋资源开发中必须面临严峻的腐蚀问题。研究表明，除合理选材外，有机防护涂层是应用最广泛、性价比最高的防腐措施之一。其中，水性阴极电泳乳液是以水为溶剂的涂料，不仅绿色环保(满足低挥发性有机化合物排放的要求)，而且具有理想的附着力，广泛用于主流汽车和船舶涂料中。然而，腐蚀性介质(H₂O、O₂和Cl^-等)对有机涂层有一定的渗透性。因此，大量工作集中在改善有机涂层的不渗透性以增强其耐腐蚀性。

具有高纵横比和能抑制腐蚀性物质渗透和扩散的片状纳米填料，如石墨烯可以有效解决上述问题。石墨烯稳定的SP²杂化结构使其在金属与腐蚀介质间形成物理阻隔层，阻止介质扩散和渗透，被认为是已知最薄的防腐层(0.34nm)。此外，石墨烯能有效延长腐蚀介质的扩散路径，具有优异的阻隔性能和良好的化学稳定性和抗氧化性能。其中在二维片层材料改性新型重防腐涂层体系中，二维片层材料在高分子树脂中的定向排布与优化调控问题一直是该领域急需突破的核心技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种仿生三明治防腐涂层及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

本发明的另一目的在于提供所述仿生三明治防腐涂层的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明实施例提供了一种仿生三明治防腐涂层，其包括覆设于基底表面的至少两个水性树脂层，其中相邻两个水性树脂层之间分布有至少一个石墨烯阻隔层，所述石墨烯阻隔层包括具有片层结构的多巴胺功能化的石墨烯材料，并且所述多巴胺功能化的石墨烯材料以平行于基底表面的方式排列。

在一些实施例中，所述石墨烯阻隔层内的多个多巴胺功能化的石墨烯材料平行排列形成致密结构。

在一些实施例中，所述多巴胺功能化的石墨烯材料是氧化石墨烯经多巴胺改性处理制得的。

本发明实施例还提供了一种仿生三明治防腐涂层的制备方法，其包括：

以多巴胺对氧化石墨烯进行改性处理，获得多巴胺功能化的石墨烯材料；

采用电沉积法将所述多巴胺功能化的石墨烯材料、水性树脂交替沉积在基底表面，形成多个水性树脂层，并使其中相邻两个水性树脂层之间分布至少一个石墨烯阻隔层，且使所述石墨烯阻隔层中的多巴胺功能化的石墨烯材料以平行于基底表面的方式排列形成致密结构，从而获得复合涂层；

使所述复合涂层固化，获得所述仿生三明治防腐涂层。

在一些实施例中，所述电泳沉积技术采用的工艺条件包括：沉积电压为10～220V，沉积时间为1～30min。

进一步地，所述循环伏安法采用的工艺条件包括：循环次数为1～10次，扫描范围0.1～1.1V，扫描速率为5～50mV/s。

本发明实施例还提供了由前述方法制备的仿生三明治防腐涂层。